CN104698261B - 基于波形过零点变化率的配电站监控数据异常甄别方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于波形过零点变化率的配电站监控数据异常甄别方法，本发明通过测量变电站不同间隔馈线的整周波零序电流值形成采样数列；计算其基波幅值；设定检测门槛值，计算标么化采样数列中在波形过零点之后小于该检测门槛值的采样点个数；计算不同间隔馈线的波形过零点变化率畸变程度系数；当真实故障或异常发生后，仅能同时出现全部健全馈线的波形过零点变化率畸变程度系数全部小于等于1，且故障馈线的波形过零点变化率畸变程度系数大于等于1；否则判定配电变电站过程层通信异常。该方法利用弱故障电弧在波形过零点附近熄灭/重燃的动态辨识；同时也利用真实系统故障中不同间隔之间的横向电气耦合性，实现监测可靠性和灵敏性的统一。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统变电站综合自动化领域，特别涉及一种基于波形过零点变化率的配电站监控数据异常甄别方法。
背景技术
智能变电站是智能电网的关键构成节点。变电站从传统的以模拟信号为主要传输载体的传统变电站，发展到了以数字信号为主要通信媒介的数字化变电站、智能变电站；无论是从变电站一次设备，还是二次保护控制设备都有较大的变化；比如非传统互感器(电子式互感器、光互感器等)、合并单元、基于光纤的以太网交换机等新设备引入到了变电站中。模拟信号被数字信号、光信号所代替，虽然提高了设备的抗干扰能力，但是也带来了电流电压等量测信号可视性、直接测量等困难的问题，特别是近年来，在全国范围内出现了非传统互感器的动态响应特性差，引起的继电保护误动拒动的情况时有发生。
以罗氏线圈原理的电子式电流互感器为例，其信号处理环节包含了微分环节、前置滤波、A/D变换、数据编码及传输、积分变换、插值算法等环节，这些环节使电子式互感器动态响应特性复杂化；此外，数字信号的传输还受到光纤通道、交换机等环节的影响；现有的电力系统相关运维单位的测试手段主要采用的是静态精度测试；而众所周知，影响继电保护动作特性的主要是系统故障下的非传统互感器的动态特性，以及对故障信号高采样率下SMV(采样值)报文的和GOOSE(面向对象变电站通用事件)报文的密集数据通信，仅仅依靠普通的静态测试难以发现问题；而在高压试验室全部进行动态故障测试的难度和成本也是日常运营难以接受的。
针对该问题，国内外专家学者相继提出了不同的解决方案，主要包括对过程层数据通信的各个元件进行概率性特性建模，评估智能变电站过程层的网络通信特性，以及可能存在的隐患，但是该种方案仅仅能给出概率性的评价指标，无法实时检测过程总线监测数据的异常，实用性较差；另一种方案是基于变电站微机保护或网络报文分析仪，对过程总线中的不同类型报文进行完整性和实时性扫描，能够检测报文缺失、中断以及阻塞等通信问题，但是这种监测方式无法辨别由于变电站电磁兼容性差或非传统互感器异常等问题引起的虚假报文或扰动报文，此时报文完整，满足实时性要求，但是不具备合理的物理意义，可能导致微机保护误动等恶性事故。
发明内容
为解决现有技术存在的不足，本发明公开了一种基于波形过零点变化率的配电站监控数据异常甄别方法，是一种实时监测方法，在故障异常扰动时灵敏性强，克服了传统静态监测手段的弊端，同时基于多间隔电气耦合性的横向闭锁，也克服了现有网络分析仪无法检测报文物理含义的功能不足，提高了对异常监测的可靠性。
为实现上述目的，本发明的具体方案如下：
基于波形过零点变化率的配电站监控数据异常甄别方法，包括以下步骤：
步骤一：假设变电站共有N条馈线，测量变电站不同间隔馈线的整周波零序电流值，形成N个采样值数列Sf[n]；其中下标f表示变电站不同间隔的标号，n表示整周波采样值数列的个数；
步骤二：基于全周波傅里叶变换算法，分别计算采样值数列Sf[n]的基波幅值Mf；
步骤三：根据步骤二计算得到的基波幅值Mf，对采样值数列Sf[n]进行标么化处理；
步骤四：设定检测门槛值a，计算sina作为检测基准值，计算标么化采样值数列Sf‘[n]中，波形过零点之后小于该检测基准值的采样点个数Tf；
步骤五：分别计算不同间隔馈线的波形过零点变化率畸变程度系数；
步骤六：判别步骤五中计算得到的不同间隔波形过零点变化率畸变程度系数，当且仅当同时出现全部健全馈线的Distf小于等于1，而且故障馈线的Distf大于等于1时，判定被监测变电站过程层通信正常；否则发出配电变电站过程层监控数据异常告警信号。
所述步骤一中，下标f表示变电站不同间隔的标号，取值以1为步长从数值1依次递增至N。
所述步骤三中，标么化处理，形成标么化采样值数列Sf‘[n]＝Sf[n]/Mf。
所述步骤四中，a取值根据检测的灵敏度来选定，a取值范围在6°至15°之间，默认值取值9°。
所述步骤五中，过零点变化率畸变程度系数计算公式：
Distf＝Tf×360/(a×n)；a表示检测门槛值；n表示整周波采样值数列的个数；Tf为波形过零点之后小于该检测基准值的采样点个数。
本发明通过测量变电站不同间隔馈线的整周波零序电流值形成采样数列；计算其基波幅值；设定检测门槛值，计算标么化采样数列中在波形过零点之后小于该检测门槛值的采样点个数；计算不同间隔馈线的波形过零点变化率畸变程度系数；当真实故障或异常发生后，仅能同时出现全部健全馈线的波形过零点变化率畸变程度系数全部小于等于1，且故障馈线的波形过零点变化率畸变程度系数大于等于1；否则判定配电变电站过程层通信异常，发出监控数据异常告警信号。该方法利用弱故障电弧在波形过零点附近熄灭/重燃的动态辨识；同时也利用真实系统故障中不同间隔之间的横向电气耦合性，实现监测可靠性和灵敏性的统一。
本发明的有益效果：
本发明的检测对象为配电变电站过程层多个间隔的零序电流波形特性，计算零序电流波形过零点时间段的波形上升率，充分利用变电站故障前(或弱故障时)电弧在电流波形过零点附近熄灭/重燃的动态过程，实现对异常或弱故障的灵敏辨识；同时也利用电力系统故障中不同间隔之间的电气耦合性，实现横向比对，提高异常辨识的可靠性，从而达到可靠性和灵敏性的统一。
附图说明
图1为应用本发明实施例的配电系统单线图。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明进行详细说明：
本实施例采用的配电系统单线图如图1所示，电力系统经过220/35kV降压变压器连接三条馈线，馈线末端均通过35/0.69kV降压变压器连接负荷；本实施例在馈线出口处通过零序电流互感器采集零序电流并输入到应用本发明的监控装置中。
一种基于波形过零点变化率的配电站监控数据异常甄别方法，包括以下步骤：
步骤1：测量变电站故障间隔(间隔号为1)馈线零序电流值，形成采样值数列S1[n]：
S1[n]＝[0.5,0,-0.5,-0.75,-1.0,-1.5,-2.0,-3.25,-4.25,-5.5,-6.0,-6.75,-7.5,-8.25,-8.5,-8.75,-8.75,-8.75,-8.75,-8.75,-8.5,-8.5,-8.0,-7.25,-6.25,-5.25,-4.25,-3.25,-2.25,-1.0,-0.5,-0.125,0.25,0.5,0.75,1.25,2.25,3.0,3.75,5.0,5.75,6.5,7.5,7.75,8.5,8.5,8.625,8.75,8.75,8.5,8.5,8.0,7.75,6.5,5.75,4.75,3.75,2.75,1.25,0.5]；
步骤2：基于全周波傅里叶变换算法，计算采样值数列S1[n]的基波幅值Mf＝8.285；
步骤3：用步骤2计算得到的基波幅值Mf，对采样值数列S1[n]进行标么化处理，形成标么化采样值数列S1‘[n]：
S1‘[n]＝[0.0604,0,-0.0604,-0.0905,-0.1207,-0.1811,-0.2414,-0.3923,-0.5130,-0.6639,-0.7242,-0.8148,-0.9053,-0.9958,-1.0260,-1.0562,-1.0562,-1.0562,-1.0562,-1.0562,-1.0260,-1.0260,-0.9656,-0.8751,-0.7544,-0.6337,-0.5130,-0.3923,-0.2716,-0.1207,-0.0604,-0.0151,0.0302,0.0604,0.0905,0.1509,0.2716,0.3621,0.4526,0.6035,0.6941,0.7846,0.9053,0.9355,1.0260,1.0260,1.0411,1.0562,1.0562,1.0260,1.0260,0.9656,0.9355,0.7846,0.6941,0.5733,0.4526,0.3319,0.1509,0.0604]；
步骤4：设定检测门槛值a＝9°，计算sina＝0.156作为检测基准值，计算标么化采样值数列Sf‘[n]中，波形过零点之后小于该检测基准值的采样点个数T1＝4；
步骤5：计算馈线的波形过零点变化率畸变程度系数Dist1＝T1×360/(9×60)＝2.667；
步骤6：仿真案例设定馈线2、3是健全间隔馈线，分别针对健全间隔馈线2、馈线3的整周波零序电流采样值，重复步骤1至步骤5，计算波形过零点变化率畸变程度系数，如果计算得到的健全间隔馈线2、3的Distf均小于等于1，则认为变电站过程层通信正常；否则判断出现异常，发出配电变电站过程层监控数据异常告警信号。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (4)
1.基于波形过零点变化率的配电站监控数据异常甄别方法，其特征是，包括以下步骤：
步骤一：假设变电站共有N条馈线，测量变电站不同间隔馈线的整周波零序电流值，形成N个采样值数列Sf[n]；其中下标f表示变电站不同间隔的标号，n表示整周波采样值数列的个数；
步骤二：基于全周波傅里叶变换算法，分别计算采样值数列Sf[n]的基波幅值Mf；
步骤三：根据步骤二计算得到的基波幅值Mf，对采样值数列Sf[n]进行标么化处理；
步骤四：设定检测门槛值a，计算sina作为检测基准值，计算标么化采样值数列Sf‘[n]中，波形过零点之后小于该检测基准值的采样点个数Tf；
步骤五：分别计算不同间隔馈线的波形过零点变化率畸变程度系数；
步骤六：判别步骤五中计算得到的不同间隔波形过零点变化率畸变程度系数，当且仅当同时出现全部健全馈线的Distf小于等于1，而且故障馈线的Distf大于等于1时，判定被监测变电站过程层通信正常；否则发出配电变电站过程层监控数据异常告警信号；
所述步骤五中，过零点变化率畸变程度系数计算公式：
Distf＝Tf×360/(a×n)；a表示检测门槛值；n表示整周波采样值数列的个数；Tf为波形过零点之后小于该检测基准值的采样点个数；
利用弱故障电弧在波形过零点附近熄灭/重燃的动态辨识；同时也利用真实系统故障中不同间隔之间的横向电气耦合性。
2.如权利要求1所述的基于波形过零点变化率的配电站监控数据异常甄别方法，其特征是，所述步骤一中，下标f表示变电站不同间隔的标号，取值以1为步长从数值1依次递增至N。
3.如权利要求1所述的基于波形过零点变化率的配电站监控数据异常甄别方法，其特征是，所述步骤三中，标么化处理，形成标么化采样值数列Sf‘[n]＝Sf[n]/Mf。
4.如权利要求1所述的基于波形过零点变化率的配电站监控数据异常甄别方法，其特征是，所述步骤四中，a取值根据检测的灵敏度来选定，a取值范围在6°至15°之间，默认值取值9°。
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